[發(fā)明專利]一種高溫復(fù)合相變儲熱材料及其制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202110372332.2
• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113061423A
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 瞿安超;彭浩;胡智威;馬杰;趙俊;鐘尊睿
• 申請（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06
• 代理公司: 南京知識律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 張?zhí)K沛

本發(fā)明公開了一種高溫復(fù)合相變儲熱材料及其制備方法，采用無機鹽作為高溫相變材料，制備以高爐渣為基體材料的高溫復(fù)合相變儲熱材料，制備過程容易控制，操作簡便，不需要任何粘結(jié)劑和其他保護劑，通過混合、成型、燒結(jié)即可獲得儲熱材料。所述儲熱材料具有高熱導(dǎo)率、高相變潛熱、耐腐蝕、長壽命和低成本的特點。所述方法包括如下步驟：將預(yù)處理的高爐渣與無機鹽通過機械混合均勻后，經(jīng)成型和燒結(jié)工藝，制備出高溫復(fù)合相變儲熱材料。本發(fā)明制備的復(fù)合儲熱材料可用于工業(yè)余熱回收、聚光式太陽能熱電站、低谷電利用、磁流體發(fā)電及人造衛(wèi)星等領(lǐng)域，為鋼鐵行業(yè)高爐渣的高附加值利用提供有效路徑，對節(jié)約資源、保護環(huán)境和提高能源利用率具有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于儲熱材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無機鹽/高爐渣高溫復(fù)合相變儲熱材料、制備方法及其用途。

背景技術(shù)

隨著化石燃料的日益消耗，能源危機已引起了人類的廣泛關(guān)注。過度開發(fā)和使用有限的化石能源不僅將造成全球能源短缺，還會給生態(tài)環(huán)境帶來巨大破壞。提高可再生能源(太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿?和二次能源(工業(yè)余熱)的綜合利用率刻不容緩。然而，這些能源的數(shù)量和強度存在時間上和空間上的波動性，導(dǎo)致其高效利用難度很大。儲熱技術(shù)可將非穩(wěn)態(tài)能量整流成穩(wěn)態(tài)能量再行利用，有效地克服了太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⒐I(yè)余熱等能源間歇性的利用難點，是提高其綜合利用率的有效手段。

儲熱材料是儲熱技術(shù)中最關(guān)鍵的要素之一。無機鹽憑借儲熱溫區(qū)大(200～1000℃)、儲熱密度高、物理/化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定和價格低的優(yōu)勢，被視為一種極具潛力的中高溫儲熱材料。然而，無機鹽在熔融狀態(tài)下具有較強的腐蝕性，易對其封裝容器造成腐蝕；此外，無機鹽的熱導(dǎo)率較低，約0.5W/(m·K)，還不能滿足其工業(yè)化應(yīng)用的需要。研究表明，引入骨架材料以制備具有定形結(jié)構(gòu)的無機鹽基復(fù)合儲熱材料可有效解決以上問題。目前，無機鹽的骨架材料主要分為兩類：未加工的礦物類原料，如硅藻土、蛭石、珍珠巖等；二次合成材料，如膨脹石墨、MgO、Al₂O₃、SiO₂、SiC等陶瓷材料，而以工業(yè)固廢作為無機鹽的骨架材料鮮有報道。

高爐渣是煉鐵過程中產(chǎn)生的一種副產(chǎn)品，每生產(chǎn)1噸生鐵，約產(chǎn)生300kg高爐渣。以我國年產(chǎn)生鐵9億噸計算，每年的高爐渣產(chǎn)生量高達3億噸。目前，我國高爐渣的資源化利用途徑是56％用作礦渣微粉、23％用作水泥混合料、3％用作慢冷渣碎石，其利用附加值不高，且依然有18％的高爐渣未得到有效利用。相比之下，德國高爐渣的81％用作水泥原料，10％用作混凝材料，中轉(zhuǎn)儲存、內(nèi)部消耗等占9％；日本高爐渣的72％用作生產(chǎn)水泥的原料，25％用在建筑、道路鋪建領(lǐng)域，其余用在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域；基本實現(xiàn)了高爐渣產(chǎn)出與利用的平衡狀態(tài)。綜合來看，我國高爐渣的綜合利用水平與發(fā)達國家仍有較大差距，也反映出我國高爐渣綜合利用的復(fù)雜性、緊迫性和必要性。值得注意的是，高爐渣滿足了基體材料在熱穩(wěn)定性方面的基本要求，因而以高爐渣作為無機鹽基相變材料的骨架材料，進而制備高溫復(fù)合儲熱材料，對于實現(xiàn)高爐渣固廢資源的高附加值利用和提高可再生能源及工業(yè)余熱的綜合利用率具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對現(xiàn)有技術(shù)中的高爐渣存在利用附加值低和綜合利用率不高的問題，本發(fā)明的目的旨在提供一種高爐渣的高附加值利用途徑。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種高溫復(fù)合相變儲熱材料：按重量份數(shù)包括40～90％的高爐渣和10～60％的無機鹽。

優(yōu)選地，所述無機鹽含有NO₃^-、Cl^-、CO₃^2-的無機鹽；

優(yōu)選地，所述無機鹽為NaNO₃、KNO₃、KCl、NaCl、Na₂CO₃、K₂CO₃中的任意1種或至少2種的混合鹽；特別優(yōu)選無機鹽為NaNO₃作；